当前位置: 首页  教学研究     发布时间: 2017-09-13
【先睹为快】赵继 谢寅波:新工科建设与工程教育创新


【摘  要】随着新工科建设计划的启动国内关于新工科研究与讨论空前活跃实践探索已经在路上。本文试图从内外两个视角经济科技发展趋势以及大学自身创新发展的需要等出发分析建设和发展新工科的必要性,从当前工程教育实践出发,提出新工科的内在特质并对推进工程教育创新需要解决的当前和长远问题进行了一些探讨


【关键词】新工科  工程教育  内在特质  创新


【作者简介】赵继,东北大学校长教授;谢寅波,东北大学发展规划与学科建设处副处长。


国内新工科建设计划已经引起各方面的广泛关注,关于为什么要建设新工科、什么是新工科、以及如何建设的讨论空前活跃,正在引发工程教育领域一场深刻的思想讨论,这无疑将对我国工程教育发展产生积极影响。当前,理论研究还有较多值得探讨的空间,而实践工作也需要持续关注理论研究的最新成果,借以审视实践的方向,毕竟教育事业兹事体大,任何教育实践必须对教育的对象负责,这种审慎的研判与讨论也正是现代大学应该秉持的基本原则和精神特质。本文依然从问题探讨的基本逻辑出发,即首先讨论新工科建设与工程教育创新的意义。


一、新工科建设与工程教育创新是时代的呼唤


一般认为,是新的经济发展催生了新的工程教育需求[1],建设和发展新工科是经济社会发展的现实需要[2]。相关研究主要从新科技革命和产业变革快速发展以及经济结构调整对新工科建设的迫切需求出发,更多关注新工科建设对现实和可见未来的经济发展的适应度问题。笔者在赞同以上观点的同时,也希望能从一些新的角度来谈一谈对新工科建设意义的再认识,以期探讨。


1.科技进步是新工科建设和工程教育创新的逻辑原点。所谓工科(工程学科)一般被认为将数学、科学、技术、经济、社会科学等知识应用于人类实践的学科事实上,以上知识并不是并列的,无论是数学科学还是经济、社会学,最终都是以技术或技术成果(产品)的形式提供给人类而发展生产提高生活水平的技术是工程的核心与基础。当前时代是一个飞速发展的时代科技进步速度日新月异近一二百年的历史发展更给人造成了一个巨大的错觉,即似乎科学才是推动人类进步和发展的唯一根源然而,从的尺度来看,技术同样推动人类文明进步的本源。可以说,人类的历史同时也是一部技术发展史,是技术将我们与我们拥有了5万年甚至更久的那种生活方式彻底分开了技术无可比拟创造了我们的世界,我们的经济,还有我们的存在方式[3],甚至可以从某种程度上说,是技术塑造了人类经历了漫长发展历程,最重要的进化是掌握了技术(制造石器工具),以及实现了技术的代际传递,即教育


从技术的角度来看,在人类历史上可以大致概括为出现过六次“自动化”浪潮,知识传播的自动化、粮食生产的自动化、探索发现的自动化、制造运输的自动化、社会流程的自动化,以及当前正在进行的认知和决策的自动化[4]。这六次自动化进程,其核心正是由于人类掌握技术,由于六次自动化进程,人类社会发展的速度步步加快,呈现出非线性的特征世界范围内以人工智能、大数据、生命科学与生物技术新材料等为代表的新科技革命和产业变革正加速到来,必将深刻地改变世界的经济形态和产业结构,进而深刻变革人类的生产生活方式,技术的创新必然带来对新工科建设和工程教育创新的强烈需求。


2.人类发展对新工科建设与工程教育创新提出迫切的新要求。漫长的人类发展进程中,特别最近年来,全人类的福祉来说,无论还有多少反面例证大跨度的数据来看,人类正在战胜三大挑战,即消灭饥饿、治愈疾病、远离战火当前体重超标的人口已经是营养不良人口的两倍多,埃博拉病毒致死的1.1万只是14世纪黑死病后果的千万分之一,暴力而死亡的人数比例已经从远古时期15%降低到今天1%然而当前 “旧三样”换成新三样,人类追求更加幸福快乐、长生长寿以及化身为“神”的需求和愿望已经脱离纯精神层面而开始走向现实[5]。在这一过程中,人类需要更丰富的物质、更多样的定制选择、更低的成本、更便捷的交流乃至移动的更迅速“增长”不光成为人类追求的目标、满足当前和未来需要的方法甚至成为一种信念。因为,如果想解决问题,可能就需要拥有更多为了拥有更多,就要生产更多,支撑增长的主要元素则是更多资源、新的能源、新的需求和新的科技。这也正符合和印证了现代性的理念基础——经济增长不仅有可能,而且绝对有必要


3.创新与变革的速度加快对教育提出了新的要求。现代基础科学的发展或许不如经典力学的建立和量子论与相对论的确立对人类观念的影响那么,这或许是由于人类科学思想已经经过了洗礼已经习惯了变化和颠覆。事实上人类基础科学进步从未停下脚步,甚至发展的更快了。今年7月,美国斯坦福大学物理学教授张首晟及其团队在《科学杂志上发表了一项重大发现,在人类历经80年的探索之后,他们终于发现了马约拉纳费米子存在天使粒子被发现不仅可能颠覆人们关于世界永远正反对立的观念,或许它也可以帮助加快构建功能强大的量子计算机“无用”的基础科学再次显示出影响现实的强大威力[6]


颠覆性的技术一旦应用生产则会导致市场和产业格局的剧变交通工具、零售行业、照相机等领域为我们企业管理的案例库提供了一个个鲜活而又经典的例子互联网技术驱动下的经济呈现更加残酷而又周期性的特征,网约车、共享单车创业初期吸引了无数的风险资金,然而风头稍过洗牌的速度甚至比市场成长的速度更快因此拥有一技之长渴望寻求市场回报的致力于创业的人才,面对的竞争局面是,创新周期越来越短技术创新越来越快产业更新更加频繁发展模式更加多元[7]。这也给当前的工程教育提出了更多挑战,新工科建设必须培养学生更加宽广的视野和更加多元的知识基础,以帮助其做好迎接未来挑战风险的准备


4.就业市场的变化给当前整个教育都带来了巨大的挑战。2013年,牛津大学的卡尔·弗瑞和迈克尔·奥斯本发布的《就业的未来》,对未来20各职业可能失业的概率进行了测算,其中电话营销与保险员、运动赛事裁判、收银员、导游失业的概率都达到了90%以上,而公交车司机、安保人员和船员失业的概率也都达到了80%以上[8]事实上,人才市场呈现出人才过剩与人才难求的悖论。据欧洲最大的人力资源服务商德科公司统计,全球现有7300万年轻人处于失业状态,而另一方面,全球仍有800万个工作岗位找不到合适的人选,德科公司更进一步预计,到2025年,全球一半以上的年轻人将从事当今社会上并不存在的全新工作。以《中国制造2025》为主要标志,中国制造强国建设加速推进,八大战略性新兴产业迅速发展壮大。然而,制造业的人才缺口却非常之大,到2020年,新一代信息技术产业人才缺口将达到750万人,电力装备产业410万人,新材料产业、高档数控机床和机器人产业也将分别有300万左右的人才缺口[9]


当前以新技术为核心的未来产业形态正呈现出全链条、跨界性、综合化的特征。一种产品,从构思设计到生产制造,从物流交付到售后服务,反馈空间无限压缩。以机器人产业为例,涉及到的学科就可能包括了机械工程、电子工程、材料工程、计算机工程、控制工程、脑科学、认知科学、产品设计学、市场经济学和管理学等,学科之间壁垒分明的界限与产业发展学科需求之间形成了鲜明的对比。


5.更加多元的教育模式推动着大学的创新发展。每一所致力于卓越的大学都必须与时俱进,保持和发展新的特色,即便是最优秀的大学也需要在创新的道路上不断前行,其中教育模式的创新更是大学创新发展的先导。斯坦福2025计划的开环式大学、自适应教育、组织再构(轴反转)和目的性学习计划将大学彻底颠覆。滑铁卢大学的COOP教育模式将学制设定为五年,每年三个学期,每学期四个月,一般为学术学期和工作学期间隔开,没有假期,工作学期是真正的进入企业工作,赚取薪水。慕尼黑工业大学国际科学与工程研究生院(IGSSE)是德国首批“卓越研究院”项目之一,它以跨学科合作研究和国际化为特色,以项目研究为主要形式和载体,促进跨学科教育合作和校企合作。密歇根大学近年来以密大立方体、跨学科工作坊、多学科住宿学院制度和教师岗位联合聘用制度等系统推进跨学科的研究、教学与学习的推进力度。基于真实的生产及管理过程的“学习工厂”模式近十几年来被欧美国家广泛推广[10],成为德国等制造业发达国家培养优秀工程技术人才的重要模式。这些工程教育模式的创新和新动向值得关注。


随着人类认识自然、改造自然能力的不断提升,人与人、人与自然如何和谐共处事实上面临着更大的挑战,生态文明时代更加呼唤大学人文教育的回归。当前的教育必须采取切实行动以降低培养“精致的利己主义者”的风险。信息化时代,知识的获取更加方便快捷,然而,大学校园的文化功能却更加不可替代。科技进步迅猛发展,专业化和专门化的倾向造成了学科之间进而造成了专业人员之间的认知鸿沟,跳出“学科势阱”迫切需要树立通识加广博的教育精神,通识教育显得尤为重要。全球化时代,本土文化如何在融入世界文明进程中保持生机和活力也是人们迫切需要关注的内容,只有本土的才是世界的,保持本土和民族特色需要在教育中充实更多本土化的元素。


综上,我们在看到工程教育取得巨大成就的同时,也应看到存在的挑战和亟待解决的问题。


 二、新工科的内在特质与新工科建设


新工科建设和工程教育创新必然会引发人们的思考,即如何定义新工科。关于新工科的定义,已有不少学者提出了很好看法和启发性的见解,在此不再一一赘述,笔者在此仅从新工科辨析——“新工科首先不是什么”的角度进行探讨,进而提出新工科应该具备的内在特质。


1.新工科与老工科。近年来,一大批新专业开始在高校设立,纳米材料与技术、物联网工程、新能源科学与工程、资源循环科学与工程、机器人科学与工程、网络工程、软件工程、微电子工程等,这些专业紧密结合科技发展前沿,引领人才培养方向,被认为是当仁不让的“新工科”。然而,作为长期以来培养了大批工科人才的专业,包括机械工程、电气工程、土木工程、安全工程、测绘工程、冶金工程等是不是就是老工科了呢?是否应该淘汰呢?这些专业发展的未来在哪里?笔者认为,这些“传统”工科专业的建设更应该在“新工科”建设中引起重视。一方面,那些新设立的专业绝大多数背后都有这些“老工科”的影子,师资不会凭空出现,教材不会一夜之间出版,培养计划很大程度上是在“老工科”专业培养计划的基础上与时俱进派生出来的。另一方面,所谓“老工科”专业从来也不是一潭死水,科技进步和知识更新一直在持续的为这些专业提供源源不断的新鲜血液。因此,传统工科教育的转型升级与新工科建设是同样重要的老工科新工科不应有什么绝对的界限,新专业不能完全等同于新工科,新工科建设从广义上甚至可以视为工程教育创新的代名词


2.新工科与新经济。新经济的发展以新技术革命为引领的,新产业的发展工程教育来提供人才支撑。从某种意义上来看,经济其实可以视为技术的一种社会价值表达基于技术的价值编程。事实上组成经济的那些最重要的元素:金融、货币、股票、交通运输当然还有更基本的生产过程,无一不是复杂而又微妙的技术系统这些技术其实是从最原始的技术一步步进化而来。但新经济新产业的发展除了依赖新技术的进步之外还有诸多外在条件,包括资金流向、资源价格以及现有产业的发展阶段和占有程度因此新工科要想支撑和引领新经济,必须提供足够大的“新技术”,也就是说,新工科可以催生和引领新经济,而如果仅仅建设与当前新经济对应新工科则必然导致根基不稳。新经济之于新工科,譬如露出海面冰山整体


3.新工科的特质。但凡一个概念要想区别其他,必须有它质的规定性。如下六项特质笔者在新工科建设中特别强调的(需要指出的是,这同样应该是传统工科转型升级,进而也可能工程教育创新发展的方向原则)。


引领性。新工科不是服务于现有产业,而主要是引领未来产业转型升级和创新发展,为引领新的产业甚至行业的诞生提供支撑。哈佛大学校长福斯特认为,理解是大学的精髓,我们不仅仅通过发明和发现,更通过重新发明、重新审视、重新思考来理解世界和我们自己,进而追寻真正的意义。新工科建设也必须不断回顾与反思自身价值,引领传统工科专业的发展。新工科建设不应拘泥于现有学科形态,而应该向科技的本质处去寻求答案,如何为创造人类更美好、更幸福的未来培养社会和产业的引领人才


通宽性。新工科的人才培养需要立足于奠定相关领域多职业的共同基础,培养学生能够适应未来的可迁移性能力、快速学习能力以及适应变化能力岩土工程师和土木工程师虽然分属不同职业,它们具有一些从业的能力,新工科对此应该充分考虑,预见到可能的职业转换需要强化类能力培养新工科必须加强基础知识和人文素养的两翼,基础知识体现知识的深度和广度不仅不能削弱,甚至还需要更新和补充,例如人工智能、数据科学、生物(生命科学等知识;人文素养则是智慧和创造的发动机新工科建设应该加强对思辨能力、方法论、价值判断、跨文化理解和审美能力的培养。


前瞻性。永远是相对的、动态的、发展的,没有一劳永逸的也没有永恒不变的新工科建设需要不断与时俱进,走在时代前沿。新工科建设要想永葆,应该确保最新科技和工程前沿进入课堂,通过建立课程和教材的更新机制,使教学内容具有新颖性和时代性。对于工程学科而言,传统的教学模式和教材模式一定程度上可能是个制约需要进行一场深刻的变革。


交叉性。工程学科具有天然的实用使命,即应用人类知识集合中一切有用的知识,寻求满足人类现实和未来需要,为人类的生存发展生活幸福服务因此新工科建设需要更加关注人的需求,由于人的需求是复杂、多样变化和交叉的,因未来工科也更加需要与自然科学、社会科学、人文艺术各种学科的交叉,建立起学科之间的桥梁


开放性。新工科建设还必须做到开放发展,不仅国际开放、向产业开放,还要切实促进学科开放,促进教材教室、实验室等教学资源的开放以及课程的开放更要做到管理服务的开放,改变教师授课、课程体系、考核考试对学生的单向管理,使学生的学习效果、学习意愿能够反馈并促进教学质量的持续改进形成循环流动的正反馈机制。开放性未来最重要的突破可能是专业围栏开放,建立一种基于课程体系组合的新工科人才培养模式将是值得关注的方面。


实践性。工科姓无论新老工科,是如此新工科必须坚持强调实际动手能力其他实践能力的培养,充分吸收做中学”“CDIO”等理念和模式的先进经验,以产品研发到产品的运行、维护和废弃的全生命周期为背景环境,建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系,让学生以主动的方式学习和实践工程[11]新工科培养的人才应该经历过创新体验式和基于项目学习场景,这就需要行业企业的密切参与,需要产学研融合协同育人,学生应该接受到具有工程背景的教师和业内经验丰富的工程的实际指导。


三、 工程教育创新需要解决的若干问题


新工科建设与工程教育创新的理想必须面对现实的挑战,新工科建设与工程教育创新当务之急是要解决好以下若干值得关注的问题


工程教育需要进一步更新思想观念。教育形态是社会形态的映射,目前“福特生产模式”(刚性化的流水线生产)下的工程教育理念是传统工业化时代的遗泽,这本无所谓对错,然而当前,信息化与工业化的融合已是大势所趋,即以信息化带动工业化、以工业化促进信息化,走出一条新型工业化的道路。同样道理,工程教育也必须以信息化(尤其是人工智能)时代下的思维方式更新和改造现有工程教育体系、内容和方式,创造符合时代、引领时代、具有多样化特色、多样性选择的工程教育,这需要一个过程,但极其重要。


教师需要有工程背景或经历。近二十年来,全国范围内高校教师数量增长了两倍多,大量年轻的博士毕业生刚一毕业就直接走上了大学教学的讲台,再加上迫于学术竞争的压力,大量工科专业的教师实际上没有或仅有很少从事工程实践的经历,导致工程教育从书本到书本,从数据到仿真,与工程实际的脱节自然不可避免。眼下,可以采取联合企业工程专业人员参与人才培养、提供优惠政策鼓励青年教师进入工程实践一线锻炼等方式逐步提高有工程背景或经历的教师比例。


培养学生“学”和“做”的兴趣。工程学科的毕业生最终大部分会走上工程岗位,现代工程教育必须向学生提供足够的吸引力,激发学生“学”和“做”的兴趣。要想让学生愿意学和自主学,工程教育就必须不断更新教学内容和采取有效的教学方式及手段。提供学生能够实际动手的机会更是必要,画一百张图可能也不如让学生动手制作一个实际(或虚拟仿真)的产品带来的效果更大。现代信息与通信技术的发展正逐渐革新学习的内容和形式,未来VR、AR乃至AI等将会作为工程教育教学手段的有效载体。


合作构建工程教育平台。事实证明,“学习工厂”模式能够提供学生真实的实践场景和体验,是一种高效的教育方式。然而由学校独立建设这样的“学习工厂”不仅花费巨大资源,同时也面临着因为缺乏市场力量推动下的更新而存在的“一时新”的难题。因此,学校应该寻求与企业合作,共同建设“学习工厂”等工程教育平台。


从组织制度和行动上推进学科交叉。由于观念依赖和路径依赖的存在,学科交叉必须要引入“外力”,即必须从更高一级的学校角度进行系统性的设计,组建跨学科组织,开展跨学科项目,鼓励跨学科的教师合作与人才培养,重新审查那些实际上可能更“鼓励”教师固守学科本位的制度,并从资源配置上予以足够的保障,从而实实在在地推进学科方向的实质性交叉。


强化知识体系建设和教学内容更新机制。在学科建设的诸多内涵里,知识体系建设是核心,也是学科持续发展的源头活水[12]。优秀的教师必须能够站在国际学术前沿,将本学科最新发展成就和工程中最先进的技术成果转化为新教学内容,补充和更新知识体系,促进新兴学科的培育和传统学科的转型升级,这才是对学科建设的最大贡献,其中尤其需要高瞻远瞩的视野和极其艰苦的剔除“杂质”的无形劳动。在教学评价和考核上,可以大幅度提高对能够被高水平大学甚至是世界名校采用的高水平教材的评价权重,鼓励教师编写各种新形式、新载体的优秀教材。


建立基于“雇主”反馈的教学质量持续改进机制。学生并不是大学的“产品”,而是大学教育的消费者,用人单位是顾客和雇主。必须给学生提供选择权,使学生能在一个更大的范围内,在优质教学资源中进行更多的选择,教学相长,互动提高,得到更多的教育获得感。而企业作为用人单位,及时反馈,把学生的学习效果持续反馈到管理过程和教学质量的改进当中,只有如此,有效提供优质教育服务才有保障[13]


事实上,新事物的产生必然意味着旧事物的逐步弱化和退出,新工科建设与工程教育创新应该是在这些问题逐步解决的过程中向前推进的,在交织变革中向前发展的。新工科建设与工程教育创新有方向但无终点,新工科建设与工程教育创新永远在路上。


  

参考文献:

  

[1] 徐雷、胡波、冯辉、韩伟力:关于综合性高校开展新型工程教育的思考,高等工程教育研究,2017年第2期。

[2] 陆国栋、李拓宇:新工科建设与发展的路径思考,高等工程教育研究,2017年第3期。

[3] 【美】布莱恩·阿瑟著,曹东溟,王健译:技术的本质:技术是什么,它是如何进化的,浙江人民出版社,2014年4月。

[4] Amr Awadallah:自动化的六次浪潮和深度学习的三大使用领域,http://mp.weixin.qq.com/s/v47X5By_eggaNxyi20Oe_Q,2017年7月19

[5] 【以色列】尤瓦尔·赫拉利著,林俊宏译:未来简史,中信出版社,2017年2月。

[6] 36氪:张首晟首次公开解密“天使粒子”,下一个硅谷也许在中国这些城市,http://36kr.com/coop/toutiao/5086163.html?ktm_source=toutiao&tt_from=weixin&tt_group_id=6448064088555995406,2017年8月2

[7] 林健:面向未来的中国新工科建设,清华大学教育研究,2017年第3期。

[8] 【以色列】尤瓦尔·赫拉利著,林俊宏译:未来简史,中信出版社,2017年2月。

[9] 制造业人才发展规划指南,http://www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c5500114/content.html,2017年2月24日。

[10] 赵文平:德国工程教育“学习工厂”模式评介,比较教育研究,2017年第6期。

[11] 顾佩华、包能胜、康全礼等:CDIO在中国(上),高等国工程教育研究,2012年第3期。

[12] 赵继、谢寅波:“双一流”建设需要关注的若干问题,中国高等教育,2017年第6期。

[13] 唐景莉:全面深化课程改革意味着什么——访东北大学校长赵继,中国高等教育,2016年第3期。


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